1. Основные параметры состояния морской водной среды

Основными гидрофизическими параметрами состояния морской водной среды являются давление, температура и соленость.

Для измерения распределения этих параметров в водной толще исследуемой акватории в настоящее время широко используется различная CTD–аппаратура. Фирмы-производители океанографического оборудования предлагают обширные модельные ряды CTD–зондов, а также созданных на их основе комплектов локального измерения –логгеров-регистраторов. Гидрологические приборные комплексы, независимо от их специализации, как правило, содержат измерители электропроводности (Conductivity), температуры (Temperature) и давления (глубины - Depth). Технические и метрологические характеристики именно этих измерителей обеспечивают достоверность определения текущего состояния морской водной среды. CTD–зонды, а также логгеры могут комплектоваться датчиками для определения дополнительных параметров водной среды: гидрохимических (концентрации кислорода, водородный показатель - рН …) и биооптических (флюоресценции, освещённости, мутности …).

1.1. Гидрофизические параметры и их производные

Эта группа включает параметры, напрямую измеренные CTD-зондом: давление, температуру, электропроводность, а также параметры, определённые косвенно: соленость, плотность, скорость звука, частота Брента-Вяйсяля и т.д. Анализ пространственно-временной изменчивости полей этих параметров, измеренных в пределах исследуемой акватории, позволяет не только определить возможные варианта состояния её среды, но и оценить интенсивность и масштаб различных динамических процессов, протекающих в водной толще.

1.1.1. Температура

Температура T - физическая величина, характеризующая интенсивность теплового движения молекул системы. В океанологии её принято измерять в градусах стоградусной шкалы Цельсия (C, T₀= 0 С, T_k= 100 С). При некоторых расчетах применяется температура в единицах абсолютной (термодинамической) шкалы Кельвина (ºK). Градусы шкал Кельвина и Цельсия равны (1 ºK= 1 C), но первые исчисляются от абсолютного нуля, равного -273,15 C, т. е. абсолютная температура равна T_°K=T_C + 273,15.

Температура, измеренная на определенной глубине моря, называется температурой in situ T_{in situ}, также применяется потенциальная температура θ, под которой понимается температура частицы воды, адиабатически приведенная от давления в точке измерения к заданному давлению (часто принимается атмосферное давление).

В настоящее время в океанологии используются две температурных шкалы: Международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ–68) и Международная шкала температуры 1990 г. (МШТ–90), которые связаны равенством:

Т₆₈ = 1,0024∙Т₉₀. (1.1)

Шкалы включают совпадающие ряды поддиапазонов, которые объединены физически воспроизводимыми условиями – эталонными (реперными) точки. В 1990 г. абсолютные значения реперных точек были уточнены.

Большинство общепринятых формул для расчета физических свойств морской воды основано на МПТШ–68. В то же время, МШТ–90 применяется в метрологии термометрии. Калибровочные коэффициенты термодатчиков океанографических приборов определяют по трем реперным точками (которым с 1990 г присвоены следующие значения):

– тройной точки ртути -38,8344 °С;

– тройной точки воды +0,0100 °С;

– точки плавления галлия +29,7646 °С.

Кроме того, WOCE (World Ocean Circulation Experiment) рекомендованы две дополнительные точки:

- тройные точки phenoxybenzene (26,8625 °С);

- карбоната этилена (36,3135 °С).

В измерителях температуры используется зависимость от этого параметра таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению. В качестве датчиков для измерения температуры морской воды применяются металлические термометры сопротивления, термисторы (полупроводниковые терморезисторы) и кварцевые резонаторы. Принцип действия первых двух типов основан на зависимости электрического сопротивления чувствительных элементов датчиков от температуры среды. Кварцевые резонаторы используются в качестве термочувствительных элементов, задающих частоту в схемах кварцевых генераторов.